“光纤通信”课程的教学改革

2010-04-04黄永清夏京星顾畹仪

电气电子教学学报 2010年6期

黄永清,陈雪,李蔚,夏京星,顾畹仪

(北京邮电大学信息光电子学与光通信教育部重点实验室,北京 100876)

本文从理论教学和实践教学两个环节上,对“光纤通信”课程的教学进行了深入的探讨,提出了加强理论,丰富实践,拓展视野,激励创新的教学基本理念,以培养具有高素质和创新能力的人才[1,2]。

1 课程的培养定位和培养要求

“光纤通信”是通信工程专业的主干专业课程,以培养和提高本科大学生的应用能力、创新能力和科研能力为基本目标。我们提出的培养要求是:通过本课程的学习,使学生较为全面地掌握光纤通信的基本概念、基本理论和关键技术,理解和掌握光纤通信系统的性能分析和系统设计方法,了解现代光纤通信新技术的发展及应用情况。为进一步研究光纤通信网络和相关的技术打下必要的基础。具体就是应掌握:①光纤的传输理论和分析方法;②半导体光源、半导体光电检测器及无源光器件的工作原理及特性;③光端机的基本组成及各部件功能;④光纤通信系统的组成和系统设计方法;⑤光网络及光纤通信新技术的基本原理;⑥光纤通信系统的基本测量原理和方法。

由于光纤通信技术涉及的知识面非常广泛,诸如光学、电磁场理论、半导体物理、数字电路和模拟电路、通信原理和电子测量等课程在学习的过程中均有所体现,故在学习本课程之前学生应先修大学物理、高等数学、数学物理方法、电磁场理论、微波技术、通信原理等课程,为本课程的学习打下基础。

从“光纤通信”课程培养定位和要求可以看到,课程要求学生掌握的光纤通信的基本理论、基本概念和基本分析方法。同时,学生可通过实践环节对光纤通信的理论有较为深刻的感性认识,对光纤通信领域的发展前沿有一定的了解,并能结合所学过的知识开展创新的研究。

2 课程理论教学的探索

光纤通信涉及的知识面非常广泛,蕴含着较深的理论基础,主要有光纤光学理论、半导体光电子理论、集成光学理论、数字电路和模拟电路理论、通信系统理论和网络理论等等。整个理论体系中很多定理都伴随严格的数学证明和复杂的概念,而且很多概念也很抽象,这给教学带来相当的难度。

在“光纤通信”课程的教材编写和教学上我们综合考虑了与其它相关课程的衔接问题,比如“高等数学”、“大学物理”、“电磁场理论”和“通信原理”等课程;充分考虑如何做到和先修课程的融会贯通。

在教材的编写中强调基本原理、基本概念和基本理论,注重理论和工程应用、理论和实践的相结合。教材全面介绍了光纤通信中光纤、光电子器件、系统、网络和光纤通信新技术等丰富的知识。在光纤、半导体器件、光发射机和接收机、光纤通信系统的介绍中贯穿系统如何构成和性能如何提高的主线,实现了理论上的系统性、技术上的时新性和应用上的实用性。

在教学中,强调数学推导与物理概念的结合。既注重理论分析的严谨性,又在一些理论分析难度较大的内容上,结合物理意义以简化分析,以有助于提高解决实际问题的能力。突出“光纤通信”课程理论性和系统性强的特点,使学生掌握其中的概念及基本理论。并在此基础上结合光纤通信发展的趋势和前沿课题的典型问题,培养学生正确的思维方法和分析问题的能力。以期在打下本专业坚实理论基础的同时对本领域内的学科知识体系有全面的了解,使学生学会用已有的数学、物理等相关知识去进行专业的理论研究和实践探索,并能够有所创新。

3 课程实践教学的实施

在“光纤通信”的实践教学中,我们采用了学生必做实验、教师演示实验、学生自主设计实验、前沿课题研究等教学方式[3,4]。

我们从光纤通信测量的理论入手,首先进行测量理论的教学,内容主要涵盖了光纤通信测量的标准规范、光纤测量、光有源器件的测量、光无源器件的测量、光纤通信端机和系统的测量等。教学中配有17学时的有关光纤通信测量的理论和实验安排,其中配有6个必做的测量实验和2个演示实验。实验内容涵盖了光纤、半导体有源器件、光无源器件和光纤通信系统等性能的基本性能测量。这些实践不仅丰富了学生的课堂教学,并提高了其感性认识。

我们还与科研和学科相结合,充分利用现有条件安排了学生自主设计实验。学生在完成了课堂理论教学和必做实验后,基本掌握了光纤通信测量方法,具备了进行自主实验的基础。安排的实验包括“掺铒光纤放大器性能测量”、“波分复用器性能测量”、“高速半导体光探测器性能测量”和“光纤通信系统性能测量”等。要求学生自己熟悉测量标准、测量仪器要求和设计测试系统,并最后自主完成测量的实验。

在前沿课题研究教学中,教师会有针对性的结合本学科的前沿给学生出一些小课题,要求写出小科研论文,辅之以光纤通信测量实验和科研参观,使学生对光纤通信的前沿有一定的了解。